进程之间的通信
每个进程各自有不同的用户地址空间，任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进行之间要交换数据必须通过内核，在内核中开辟一块缓冲区，进程1把数据从用户空间拷贝到内核缓冲区，进程2再从内核缓冲区把数据读走，内核提供的这种机制称为进程之间通信(IPC)
进程间通信
1.pipe管道
可以用环形队列实现。队列满的话会阻塞。管道是一种最基本的IPC机制，由pipe函数创建
#include<unistd.h> int pipe(int filedes[2]);
管道作用于有血缘关系的进程之间，通过fork来传递。
调用pipe后，父进程创建管道，fd[1]管道写端，fd[0]管道读端，都是文件描述符，描述符分配是未被使用的最小单元，若最小未被使用的文件描述符是3，则3记录管道的读端，4记录管道的写端，总的来说读端的文件描述符较小，写端的文件描述符较大。父进程fork出子进程，上图中的左边是父进程，右边是子进程。子进程会进程父进程的文件描述表，3仍然指向管道的读端，4指向写端。创建好管道后，要确定好通信方向，有父写子读（关闭父读，关闭子写）和子写父读（关闭子读，关闭父写）两种选择，是单工方式工作。若需要双向通信，需要创建管道，仍是先创建管道，后fork。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
int main(void)
{
int fd[2];
char str[1024] = "hello itcast";
char buf[1024];
pid_t pid;
//fd[0] 读端
//fd[1] 写端
if (pipe(fd) < 0) {
perror("pipe");
exit(1);
}
pid = fork();
//父写子读
if (pid > 0) {
//父进程里，关闭父读
close(fd[0]);
sleep(5);
write(fd[1], str, strlen(str));
close(fd[1]);
wait(NULL);
}
else if (pid == 0) {
int len, flags;
//子进程里，关闭子写
close(fd[1]);
flags = fcntl(fd[0], F_GETFL);
flags |= O_NONBLOCK;
fcntl(fd[0], F_SETFL, flags);
tryagain:
len = read(fd[0], buf, sizeof(buf));
if (len == -1) {
if (errno == EAGAIN) {
write(STDOUT_FILENO, "try again\n", 10);
sleep(1);
goto tryagain;
}
else {
perror("read");
exit(1);
}
}
write(STDOUT_FILENO, buf, len);
close(fd[0]);
}
else {
perror("fork");
exit(1);
}
return 0;
}
运行结果：
使用管道需要注意以下4种特殊情况（假设都是阻塞I/O操作，没有设置O_NONBLOCK标志）：
（1） 如果所有指向管道写端的文件描述符都关闭了（管道写端的引用计数等于0），而仍然有进程从管道的读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次read会返回0，就像读到文件末尾一样。
（2）如果有指向管道写端的文件描述符没关闭（管道写端的引用计数大于0），而持有管道写端的进程也没有向管道中写数据，这时有进程从管道读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次read会阻塞，直到管道中有数据可读了才读取数据并返回。
（3） 如果所有指向管道读端的文件描述符都关闭了（管道读端的引用计数等于0），这时有进程向管道的写端write，那么该进程会收到信号SIGPIPE，通常会导致进程异常终止
（4） 如果有指向管道读端的文件描述符没关闭（管道读端的引用计数大于0），而持有管道读端的进程也没有从管道中读数据，这时有进程向管道写端写数据，那么在管道被写满时再次write会阻塞，直到管道中有空位置了才写入数据并返回。
简而言之：写关闭，读端读取管道里内容时，再次读，返回0，相当于读到EOF；写端未关闭，写端暂时无数据，读端读完管道里数据时，再次读会阻塞；读端关闭，写端写管道，产生SIGPIPE信号，写进程默认情况下会终止进程；读端未读管道数据，当写端写满管道后，再次写，阻塞。
管道的这四种特殊情况具有普遍意义。
非阻塞管道，fcntl函数设置O_NONBLOCK标志
fpathconf(int fd,int name)测试管道缓冲区大小，_PC_PIPE_BUF。
2.fifo有名管道
创建一个有名管道，解决无血缘关系的进程通信，fifo：
fifo是一个索引节点，不会再磁盘下留下任何大小，所以没有myfifo的大小为0；
//写管道#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
void sys_err(char *str, int exitno)
{
perror(str);
exit(exitno);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
char buf[1024] = "hello xwp\n";
if (argc < 2) {
printf("./a.out fifoname\n");
exit(1);
}
//fd = open(argv[1], O_RDONLY);
fd = open(argv[1], O_WRONLY);
if (fd < 0)
sys_err("open", 1);
write(fd, buf, strlen(buf));
close(fd);
return 0;
}
//读管道
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
void sys_err(char *str, int exitno)
{
perror(str);
exit(exitno);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd, len;
char buf[1024];
if (argc < 2) {
printf("./a.out fifoname\n");
exit(1);
}
fd = open(argv[1], O_RDONLY);
if (fd < 0)
sys_err("open", 1);
len = read(fd, buf, sizeof(buf));
write(STDOUT_FILENO, buf, len);
close(fd);
return 0;
}
gcc fifo_w.c -o fifo_w
gcc fifo_r.c -o fifo_r
./fifo_w myfifo
./fifo_r myfifo
//函数形式，在编程中使用#include<sys/types.h> #include<sys/stat.h> int mkfifo(const char *pathname，mode_t mode);
3.内存共享映射
mmap/munmap
mmap可以把磁盘文件的一部分直接映射到内存，这样文件中的位置直接就对应内存地址，对文件的读写可以直接用指针而不需要read/write函数。
mmap
#include<sys/mman.h>
void *mmap(void *addr,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offsize);
具体参数含义
addr ： 指向欲映射的内存起始地址，通常设为 NULL，代表让系统自动选定地址，映射成功后返回该地址。
length： 代表将文件中多大的部分映射到内存。
prot ： 映射区域(内存）的保护方式。可以为以下几种方式的组合：
PROT_EXEC 映射区域可被执行
PROT_READ 映射区域可被读取
PROT_WRITE 映射区域可被写入
PROT_NONE 映射区域不能存取
flags ： 影响映射区域的各种特性。在调用mmap()时必须要指定MAP_SHARED 或MAP_PRIVATE。
MAP_FIXED 如果参数start所指的地址无法成功建立映射时，则放弃映射，不对地址做修正。通常不鼓励用此旗标。
MAP_SHARED 对映射区域的写入数据会复制回文件内，而且允许其他映射该文件的进程共享。
MAP_PRIVATE 对映射区域的写入操作会产生一个映射文件的复制，即私人的“写入时复制”（copy on write）对此区域作的任何修改都不会写回原来的文件内容。
MAP_ANONYMOUS建立匿名映射。此时会忽略参数fd，不涉及文件，而且映射区域无法和其他进程共享。
MAP_DENYWRITE只允许对映射区域的写入操作，其他对文件直接写入的操作将会被拒绝。
MAP_LOCKED 将映射区域锁定住，这表示该区域不会被置换（swap）。
fd ： 要映射到内存中的文件描述符。如果使用匿名内存映射时，即flags中设置了MAP_ANONYMOUS，fd设为-1。有些系统不支持匿名内存映射，则可以使用fopen打开/dev/zero文件，
然后对该文件进行映射，可以同样达到匿名内存映射的效果。
offset：文件映射的偏移量，通常设置为0，代表从文件最前方开始对应，offset必须是PAGE_SIZE（页面大小）的整数倍。
返回值：
若映射成功则返回映射区的内存起始地址，否则返回MAP_FAILED(－1)，错误原因存于errno 中。
错误代码：
EBADF 参数fd 不是有效的文件描述词
EACCES 存取权限有误。如果是MAP_PRIVATE 情况下文件必须可读，使用MAP_SHARED则要有PROT_WRITE以及该文件要能写入。
EINVAL 参数start、length 或offset有一个不合法。
EAGAIN 文件被锁住，或是有太多内存被锁住。
ENOMEM 内存不足。
用户层的调用很简单，其具体功能就是直接将物理内存直接映射到用户虚拟内存，使用户空间可以直接对物理空间操作。但是对于内核层而言，其具体实现比较复杂。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
int fd, len;
int *p;
fd = open("hello", O_RDWR);
if (fd < 0) {
perror("open");
exit(1);
}
len = lseek(fd, 0, SEEK_END);
p = mmap(NULL, len, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (p == MAP_FAILED) {
perror("mmap");
exit(1);
}
close(fd);
//映射并没有解除
p[0] = 0x30313233; munmap(p, len); return 0; }
修改磁盘文件时，对应映射的内存也会改变。
mmap的实现原理